到2012年，美國出售的所有新型汽車將會安裝上電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)。這項技術(shù)的應(yīng)用預(yù)計每年將會挽救5000到10000人的生命，其總價值將超過九億八千五百萬美元。
一眼看上去，整個控制過程似乎很簡單：一輛汽車如同在薄冰上行駛一樣左右搖擺，這時，車載傳感器“感應(yīng)”到汽車在滑行，穩(wěn)定控制系統(tǒng)操控剎車讓特定車輪停止轉(zhuǎn)動，汽車緩慢地停止了甩尾。
它的工作原理看似簡單，也的確如此，但是支持這個系統(tǒng)的幕后科技卻意義非凡。那些保障汽車駕駛員生命安全的產(chǎn)品———如汽車安全帶的問世，都沒能達(dá)到這樣驚人的效果。不能與之相比的還有安全氣囊、剎車閉鎖（ABS）、牽引控制儀、輪胎
壓力控制器、全輪驅(qū)動器，還有遠(yuǎn)程電子控制裝置。
通用汽車公司截至2010 年對汽車穩(wěn)定控制性能實(shí)現(xiàn)全面升級，
比規(guī)定早2 年時間。
“沒有哪項安全技術(shù)能夠如此明顯地減輕致命撞擊力的作用。”高速公路安全保險協(xié)會（IIHS）發(fā)表聲明。
這就是為什么美國高速公路安全管理署（NHTSA）下發(fā)規(guī)定，截至2012年，所有微型轎車和小卡車需強(qiáng)制安裝電
子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）。IIHS和NHTSA兩個組織的研究表明ESC系統(tǒng)在美國每年能夠挽救5000到10000人的生命。除安全帶的保護(hù)作用接近它之外，其他任何一項技術(shù)都不能達(dá)到如此近似的結(jié)果。
在汽車轉(zhuǎn)向不足的情況下，帶ESC系統(tǒng)的汽車對左后輪進(jìn)行
制動控制，讓汽車回到正常控制狀態(tài)。
為了符合國家規(guī)定，汽車需要添加慣性傳感器模塊并升級電子液壓單元。沒有閉鎖
剎車系統(tǒng)的汽車還需要安裝轉(zhuǎn)角傳感器和輪速傳感器。（來源：TRW 汽車）
“電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)與閉鎖剎車或者空氣氣囊相比，能夠挽救更多人的生命。”消費(fèi)者協(xié)會汽車性能測試部門測試主管David Champion說道，“這項安全系統(tǒng)的潛能無限。”
汽車穩(wěn)定性革新的代價
穩(wěn)定控制系統(tǒng)讓入門級汽車增加了479美元的成本
多功能豪華汽車增加電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)的成本與小型入門級汽車相比有天壤之別。NHTSA組織聲明，對新輕型卡車或者SUVs來說，增加的成本大約為29.20美元。新微型轎車增加設(shè)備的成本平均為90.30美元。那些沒有閉鎖剎車（ABS）系統(tǒng)、輪速傳感器、橫擺角
速度傳感器和橫向加速儀的入門級汽車，將會吃苦頭，根據(jù)NHTSA估計它們需要增加的成本為479美元。
預(yù)防危險事故鏈的形成
遺憾的是，該系統(tǒng)的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順。電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)早在90年代中期就問世了，當(dāng)時并沒有得到人們的重視。報紙只做了簡單的報道，沒有用斜體字加以關(guān)注，人們僅把它看做是閉鎖剎車系統(tǒng)上一項附加的改進(jìn)技術(shù)。幾乎沒有行業(yè)內(nèi)人士預(yù)測出它在安全性能方面的潛力。
從2004年開始，科學(xué)研究顯示表明ESC系統(tǒng)能夠極大地減少單車事故。IIHS研究發(fā)現(xiàn)電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)可減少重大單車事故的比例高得驚人，達(dá)到了56％。此外，NHTSA機(jī)構(gòu)的研究表明，它能夠幫助減少35％的重大事故。愛荷華州立大學(xué)以及瑞典國家交通局的類似研究也表明，這項技術(shù)讓汽車在潮濕或者積雪道路上分別減少了34％和38％的重大事故。
通過對硬件和軟件的創(chuàng)新應(yīng)用，ESC系統(tǒng)的表現(xiàn)異常驚人。車輛行駛時，ESC將系統(tǒng)軟件運(yùn)算與車輛傳感器和微控制器相結(jié)合，意圖對駕駛員和實(shí)際車輛行駛狀況進(jìn)行對比分析。系統(tǒng)通過監(jiān)控方向盤角度、節(jié)氣門傳感器以及剎車的工作情況來辨別駕駛員意圖。它的操作與輪胎速度傳感器、橫向加速計和橫擺角速度傳感器的操作類似——并以此來設(shè)計汽車性能軟件模型。
“通過觀察橫擺角速率、橫向加速度和車輪速度，我們能夠知道汽車的當(dāng)前狀況。”Bosch汽車配件公司市場及產(chǎn)品策略總監(jiān)Scott Dahl說道，“如果這些數(shù)據(jù)和駕駛員意圖不符，我們必須將兩者統(tǒng)一歸回正位。”
事實(shí)上，系統(tǒng)的主要目的是觀察車輛的偏轉(zhuǎn)度，如果與駕駛員意圖不符，則要將車輛歸位。這個功能非常重要，因?yàn)檐囕v對于地面垂直軸的順時針或逆時針的旋轉(zhuǎn)角度，即偏轉(zhuǎn)度異常——是事故最常見的致命因素。汽車偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的情形有：剎車、絆倒、翻滾和撞擊，這些形成了危險事故鏈，一旦發(fā)生，一般的駕駛操作都無法挽回。
但是電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)在事故因素產(chǎn)生前就制止了危險事故鏈的產(chǎn)生。通過剎車控制特定的輪胎方向，以制止車輛偏轉(zhuǎn)情況的產(chǎn)生。
以防萬一，多數(shù)汽車制造商設(shè)計的ESC系統(tǒng)都采用了復(fù)雜軟件運(yùn)算法則序列，確保系統(tǒng)能夠感知外界發(fā)生了什么。例如Bosch公司采用軟件計算來推斷車輛下方地面的摩擦力系數(shù)。這樣一來，系統(tǒng)便可以感知車輛是在冰面、沙礫或者干瀝青路面行駛，以便提前做好準(zhǔn)備。
“為了測量摩擦系數(shù)、汽車重量、軸距和其余每個我們可以想到的物理參數(shù)，我們設(shè)計了非常復(fù)雜的汽車模型。”Dahl說道。
誰來買單？
由于該系統(tǒng)對汽車進(jìn)行了前所未有的革新，NHTSA在進(jìn)行了大量安全研究之后于去年底下發(fā)了使用該技術(shù)的決定。美國政府強(qiáng)制規(guī)定——從2008年開始直到2012年在汽車上對該技術(shù)實(shí)現(xiàn)100％的應(yīng)用——該決議對汽車消費(fèi)者和汽車制造工程師們有相當(dāng)大的影響。到2012年，美國全年出售的1700萬臺汽車都將會采用該技術(shù)。對于消費(fèi)者來說，汽車事故將會大大減少。對于汽車工程師們來說，這意味著要多生產(chǎn)數(shù)百萬電子液態(tài)模塊、橫向加速計、
陀螺儀、轉(zhuǎn)角傳感器和微控制芯片。
穩(wěn)定控制系統(tǒng)的安裝使翻轉(zhuǎn)的情況減少，駕駛員可以控制汽車（來源：TRW汽車）
這個規(guī)定也意味著汽車制造成本上升。現(xiàn)在沒有安裝ESC系統(tǒng)的每輛汽車將會被安裝上“慣性模塊”，該模塊結(jié)合了橫擺角速度傳感器和橫向加速計。慣性模塊一般安裝在乘客車廂中心控制臺下方，由于包含了橫擺角速度傳感器，它的價格比較昂貴。橫擺角速度傳感器在幾年內(nèi)成本大大下降——2000年是每個50多美元，而如今下降到當(dāng)時價格的一半，但對于汽車制造業(yè)來說，它仍十分昂貴。包含MEMS式和音叉式傳感器的橫擺角加速裝置，由多家公司供應(yīng)，如Analog Device公司, Bosch汽車配件公司以及Systron Donner公司。
將幾個傳感器安裝在單印制電路板上，汽車供應(yīng)商可在單機(jī)上測量
角速度和線性加速度（來源：Bosch 汽車）
對于所有要安裝ESC系統(tǒng)的汽車來說，必須添加新的電子液壓模塊。新模塊雖然和汽車內(nèi)ABS系統(tǒng)作用類似，但它可以幫助完成系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制任務(wù)。添加模塊的最初目的是系統(tǒng)需要，可使該系統(tǒng)在駕駛員不需要踩剎車的情況下增壓。因?yàn)锳BS電子液壓模塊不能滿足這個要求，所以新模塊的添加必須包含閥門和已升級的液壓泵。此外，相關(guān)的電子零部件需要升級，增加大容量的只讀內(nèi)存（ROM）、高效的散熱裝置和強(qiáng)大的微控制器。
NHTSA 規(guī)定的穩(wěn)定控制系統(tǒng)安裝進(jìn)度
安全技術(shù)快速安裝進(jìn)度
NHTSA 對電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)安裝最終要求的進(jìn)度如下：
截至2008 年9 月1 日——所有輕型汽車的55%
截至2009 年9 月1 日——所有輕型汽車的75％
截至2010 年9 月1 日——所有輕型汽車的95％
截至2011 年9 月1 日——所有輕型汽車的100%
因此，產(chǎn)品成本迅速上升。ABS系統(tǒng)中3美元到5美元一個的微控制器，在ESC系統(tǒng)中就上漲為4美元到7美元一個。原因是大多數(shù)ESC控制器要求采用容量2倍的芯片閃存（從512KB到1MB）；2倍的RAM（從24KB到48KB），同時運(yùn)算速度比原來快大約50％（從48MHz到70MHz）。這些設(shè)備的供應(yīng)商有德克薩斯儀器公司（Texas Instruments）和飛思卡爾半導(dǎo)體公司（Freescale Semiconductor）等。
另外，那些暫時沒有安裝ABS的低端汽車成本曲線顯著攀升。這些汽車，不僅僅需要升級電子液壓ABS系統(tǒng)，還需要增加慣性模塊，電子液壓ESC系統(tǒng)，轉(zhuǎn)角傳感器，輪速傳感器和微控制器。
結(jié)果，對于入門級汽車來說，其增加的成本比豪華汽車要多得多。根據(jù)NHTSA估計，微型轎車平均增加的成本為90.30美元，而輕型卡車則為29.20美元。那些需要升級的豪華轎車增加的成本要比平均值低。NHTSA聲明，那些需要第一時間增加電子液壓模塊和傳感器的入門級汽車，增加的成本大約會高達(dá)479美元。全部汽車升級總成本將會達(dá)到$985.2百萬美元。
汽車制造商尚未聲明是否由消費(fèi)者、OEM或者他們兩者來負(fù)擔(dān)增加的成本。
“由于這個規(guī)定是強(qiáng)制性的，因此消費(fèi)者希望車輛升級能夠?qū)λ麄兠赓M(fèi)。”德克薩斯儀器公司汽車市場經(jīng)理Matthias Poppel說道。“現(xiàn)在的問題是汽車制造商如何對穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)行‘性能簡化’讓成本實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。事實(shí)上美國汽車制造商如今正面臨贏取市場份額的巨大壓力，而我們希望看到升級的成本降低。”
安全基礎(chǔ)
無論由誰來為汽車升級買單，ESC系統(tǒng)的應(yīng)用時代遲早要到來。如今汽車制造商帶給它很多新的商業(yè)名稱——如汽車穩(wěn)定輔助系統(tǒng)（本田阿庫拉汽車），動力穩(wěn)定控制系統(tǒng)（寶馬汽車），StabiliTrak（通用汽車）以及很多其他的名字。特別是通用汽車公司，宣稱到2010年汽車性能完成全面升級，比規(guī)定早2年時間。
新型電子液壓單元需要更多的閥門，
新液壓泵，帶更多RAM 和閃存的微處理器（來源：TRW汽車）
另外，汽車制造商為更新升級安全系統(tǒng)制定計劃，來安裝穩(wěn)定控制系統(tǒng)。例如福特汽車公司，如今設(shè)計了防側(cè)翻電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含可以測試90度角內(nèi)翻轉(zhuǎn)的橫向速度傳感器，該傳感器也可感知翻轉(zhuǎn)軸運(yùn)動情況。這個系統(tǒng)將被應(yīng)用于SUV汽車和其他重型車輛中。
除此之外，汽車設(shè)計工程師們計劃在更先進(jìn)的安全產(chǎn)品中采用ESC系統(tǒng)作為基礎(chǔ)平臺，比如回避撞擊一類的安全保護(hù)。
“穩(wěn)定控制的液壓系統(tǒng)自身產(chǎn)生壓力，而壓力給汽車各種其他功能提供了工作平臺。”北美的TRW公司高級控制系統(tǒng)總工程師Dan Mailot解釋道，“通過該系統(tǒng)，你可以觀察汽車撞擊回避功能、撞擊緩解功能、雷達(dá)自動導(dǎo)航控制和其他各種觸覺反饋系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。”
基于這些原因，專家們期望帶穩(wěn)定控制系統(tǒng)的汽車可以在未來五年中一年銷量達(dá)到大約3500萬臺。在美國，現(xiàn)在ESC系統(tǒng)的應(yīng)用率為35％到40％，在未來五年內(nèi)將會上升至100％。在日本和歐洲，現(xiàn)在的應(yīng)用率為大約50％到60％，期待逐步上升到全面使用的階段。
“汽車制造行業(yè)的未來道路上會有很多進(jìn)步的階梯，”Mailot說道，“穩(wěn)定控制系統(tǒng)就是進(jìn)步階梯其中之一。”
